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Vorrichtung zum Oberflächenhärten durch induktives Erhitzen und anschließendes
Abschrecken Die Erfindung bezieht sich auf #eine Vorrichtung zum Oberflächenhärten
metallener ,Werkstücke durch Erhitzen mittels induzierter Wirbelströme und anschließendes
Abschrecken. Es ist bekannt, metallene Werkstücke mittels einer Induktionsspule
durch Erzeugen von Wirbelströmen zu erhitzen und dann abzuschrecken. Es ist auch
bekannt, zum induktiven Erhitzen eire Gerät zu benützen, welches an eine Hochfrequenzwechselstromquelle
über einen Transformator angeschlossen ist. Es ist auch bekannt, diesen Induktor
gleichzeitig als Brause zum Zuführen des A:bschreckmittels. auszubilden.
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Bei Werkstücken mit einer unregelmäßig verlaufenden Oberfläche, .beispielsweise
bei Zahnrädern, ist es bekannt, .daß die, einzelnen Vorsprünge oder Vertiefungen
in der Weise an der Oberfläche gehärtet werden, daß das Heizgerät dem ., Verlauf-
der zu härtenden Oberfläche angepaßt wird. Es ist auch bekännt, statt dessen .durch
Füllstücke einen stetigen Verlauf der zu: härtenden Oberfläche zu erzielen, so daß
das Heizgerät dann auf der (dem Werkstück zugekehrten Seite einen stetigen Verlauf
aufweist.
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Es ist .auch bereits bekannt, metallene Gegenstände durch induzierte
Wirbelströme auf 'die Weise zu erhitzen, daß sie in eine Lücke eines nahezu geschlossenen
magnetischen Kreises gebracht werden, der aus, einem joch mit anschließenden Polschuhen
besteht und eine -Erregerwicklung trägt. Eine solche( Vorrichtung sollte zum Erhitzen
von zusammenzusch,#%reißenden Teilen öder zum Beseitigen von: inneren Spannungen
in Werkstücken dienen.
Bei einer solchen Vorrichtung, die Izum Oberflächenhärten
durch induktives Erhitzen und anschließendes Abschrecken dienen soll und die aus
. einem nahezu geschlossenen magnetischen Kreis besteht, in dessen Lücke zwischen
Polschuhen aus Hochfrequenzeisen sich das Werkstück befindet und eine von hochfrequentem
Wechselstrom durchflossene Spule auf einem Joch aus Hochfrequenzeisen besitzt, besitzen
erfindungsgemäß die Polschuhe eine .dem Werkstück räumlich angepaßte rohrförmige
Gestalt, und die Rohrwandungsstärke ist der zu erzielenden Härteschichttiefe und
der Luftspalt zwischen den Polschuhen und der( Werkstück dem an jeder Stelle des
Werkstückes zu erzielenden Härtegrad entsprechend bemessen.
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Die Vorrichtung kann jeder beliebigen unregelmäßigen Gestalt des Werkstückes
angepaßt sein und -gibt die Möglichkeit, die zu härtende Oberfläche an verschiedenen
Stellen in bezug auf den Härtegrad, die Härtetiefe und die Härteschichtausdehnung
verschieden zu behandeln, und hat den Vorteil, daß die Ausdehnung und Tiefe so-,vie
der Härtegrad unabhängig von der Gestalt des Werkstückes an jeder Stelle der zu
härtenden Oberfläche beliebig gewählt und erzielt werden können. Zu ,diesem Zwecke
brauchen nur die Polschuhe dementsprechend gestaltet zu sein. Durch Auswechseln
der Polschuhe kann die 'Härtevorrichtung jedem Werkstück leicht angepaßt werden.
Man kann deshalb -die gleiche Vorrichtung für verschiedene Werkstücke verwenden,
lediglich durch Aaswechsel der Polschuhe. Ein weiterer Vorteil besteht darin, ,daß
bei Verwendung bestimmter Polschuhe stets genau die gleiche Härtung für Werkstücke
gleicher Gestalt erzielt wird, vorausgesetzt natürlich, daß die Steuerung des Stromes
und des Abschreckmittels auch die gleichen bleiben. Ein weiterer Vorteil !besteht
darin, daß das Werkstück in die Vorrichtung einfach eingesetzt werden kann, so daß
eine rasche Aufeinanderfolge der Behandlung einzelner Werkstücke möglich ist, was
besonders bei der Behandlung einer größeren Anzahl gleicher Werkstücke von großer
Bedeutung ist.
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Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Abb. i zeigt einen Querschnitt mit Teilansicht der Vorrichtung.
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Ab. 2 zeigt die gleiche Vorrichtung in Seitenansicht.
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Als Werkstück ist ein Zahnrad i veranschaulicht, dessen Zähne 2 an
der Oberfläche gehärtet werden sollen, wobei die Zahnflanken an der durch die Schraffur
3 bezeichneten Stelle den höchsten Härtegrad erhalten sollen. AIs Heizgerät dient
eine Vorrichtung, die aus Polschuhen q., einem Joch 5 und einer Erregerwicklung
6 ;besteht, welche von einer Hochfrequenzstromquelle gespeist wird. Die beiden Polschuhe
können an dem Joch lösbar befestigt sein so daß sie je nach dem zu behandelnden
Werkstück leicht ausgewechselt werden können. Die Polschuhe sind rohrartig ausgebildet.
Der Hohlraum 7 :der Polschuhe kanir zum Durchleiten einer Kühlflüssigkeit dienen.
Zu diesem Zweck sind an der Wandung der Polschuhe Ein- und Auslaßöffnungen 8 vorgesehen,
die an eine Kühlmittelquelle angeschlossen werden können.
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Zum Abschrecken der erhitzten Oberfläche nach Erzielen der erforderlichen
Abschrecktemperatur (dient ein Spritzring 9, dessen Hohlraum io durch Anschlüsse
i i an die Abschreckmittelquelle angeschlossen ist, wobei Spritzlöcher 12 das Kühlmittel
gegen das Werkstück spritzen.
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Die Steuereinrichtung für den Strom und das Abschreckmittel sind nicht
veranschaulicht, weil sie nicht Gegenstand der Erfindung sind. Da der Luftspalt
zwischen dem Werkstück und den Polschuhen für die Erzeugung der Wirbelströme in
dem Werkstück maßgebend ist, wird der Rand des rohrförmigen Polschuhes so ausgebildet,
daß er dort dem Werkstück am nächsten ist, wo die größte Erhitzung, also auch die
größte Härtung erwünscht ist.
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Bei dem vorliegenden Beispiel. sollen die Flächen 3 der Zahnflanken
am stärksten geliärtet werden; infolgedessen ist der Rand 13 des Polschuhes an dieser
Stelle dein Werkstück am nächsten. Nach dem Zahnkopf 14 und dem Zahnfuß 15 zu ist
Iden Luftspalt zwischen Zahn und Induktor größer als an der Flanke, so daß auch
die hier erzeugten Wirbelströme geringer sind, also auch das Erhitzen und Härten
weniger kräftig erfolgt.
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Die Polschuhe und das Joch bestehen aus Hochfrequenzeisen, wobei die
Erregerwicklung von einer hochfrequenten Stromquelle gespeist wird. Es entsteht
infolgedessen ein magnetisches Wechselfeld, das durch das Hochfrequenz eisen in
einem nahezu geschlossenen magnetischen Kreis geführt wird. Das Werkstück, hier
der Zahn, befindet sich in der einzigen Lücke dieses Kreises, an dessen Oberfläche
die gewünschte Regelung des Wechselstromfeldes durch die Gestalt der Polschuhe hervorgerufen
wird.
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Die Erregerwicklung 6 kann entweder un- i mittelbar an eine Hochfrequenzstroinquelle
angeschlossen sein oder über einen Transformator, d. h. im letzteren Falle findet
also eine doppelte Transformierung statt, was insbesondere dann von Vorteil ist,
wenn lediglich eine .dünne Härteschicht erzielt werden soll, d. h. der Heizvorgang
äußerst kurz sein maß.
Das Heizgerät kann, je nach Größe des Werkstückes,
entweder einen kleineren öder größeren Teil ;desselben oder 'das gesamte Werkstück
gleichzeitig erhitzen. Bei größeren Zahnrädern mit großen Zähnen und mit verhältnismäßig
kleinen Stromquellen kann jeder Zahn einzeln behandelt werden, wobei nach dem Härten
des einen Zahnes das Zahnrad um eine Zahnteilung gedreht wird. Reicht die vorhandene
Stromquelle aus und sind die Zähne nicht sehr groß, so--können auch Gruppen aus
mehreren Zähnen gleichzeitig behandelt werden. Bei kleineren Werkstücken können
auch sämtliche Zähne gleichzeitig bearbeitet werden.
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Die Erfindung ist natürlich nicht beschränkt auf zahnradähnliche Werkstücke,
sondern kann auch für beliebige unregelmäßige -Maschinenteile verwendet werden,
bei «-elchen bestimmteTeile derOberfläche gleichartig oder verschieden gehärtet
«erden sollen.. Durch entsprechende schwenkbare Anordnung des Heizgerätes, derart,
daß es von demWerkstück we,-Creschwenkt wird, ist ein leichtes und einfaches Einlegen
eines neuen NVerkstückes zum Behandeln möglich. Auch der Spritzring bz«:. die der
Werkstücksgestalt angepaßteSpritzvorrichtung kann leicht entfernbar angeordnet sein
oder aus mehreren Teilen bestehen, so daß auch sperrige Werkstücke leicht in die
Behandlungslage zu den Heiz-und Spritzgerät gebracht werden können.
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Ferner kann die Härtetiefe der zu erzielenden Härteschicht auch noch
dadurch beeinflußt werden, daß der Rand .des Polschubes 13 entsprechend mehr oder
-weniger dick bemessen wird: Bei einem ganz dünnen Rand entsteht der Wirbelstrom
lediglich in einer dünnen Oberschicht des Werkstückes, -so daß auch die Eindringtiefe
.der Heizung nur gering bleibt, also auch die Tiefe der Härtetone gering wird:.
Wählt man einen dicken Rand des Polschuhes, -so kann hierdurch auch eine größere
Eindringtiefe der Härtezone erzielt werden. Die -Möglichkeit, die Dicke des Polschuhrandes
und seine Entfernung von dem Werkstück jeweilig zu verändern, ergibt eine weitestgehende
Anpassungsfähigkeit des Gerätes an die Gestalt des Werkstückes und an die zu: erzielende
gehärtete Oberflächenzone.